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濕度傳感器的特性及發展趨勢
在工農業生產、氣象、環保、國防、科研、航天等部門,經常需要對環境濕度進行量測及控制。但在常規的環境參數中,濕度是*難準確量測的一個參數。用干濕球濕度計或毛發濕度計來量測濕度的方法,早已無法滿足現代科技發展的需要。這是因為量測濕度要比量測溫度復雜的多,溫度是個獨立的被量測,而濕度卻受其他因素(大氣壓強、溫度)的影響。此外,濕度的標準也是一個難題。國外生產的濕度標定設備價格十分昂貴。
近年來,國內外在濕度 傳感器 研發領域取得了長足進步。濕敏 傳感器 正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展,為開發新一代濕度/溫度測控系統創造了有利條件,也將濕度量測技術提高到新的水平。
1 濕敏元件的特性
濕敏元件是*簡單的
濕度傳感器
。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。
1.1 濕敏電阻
濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜,當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時,元件的電阻率和電阻值都發生變化,利用這一特性即可量測濕度。濕敏電阻的種類很多,例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優點是靈敏度高,主要缺點是線性度和產品的互換性差。
1.2 濕敏電容
濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當環境濕度發生改變時,濕敏電容的介電常數發生變化,使其電容量也發生變化,其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優點是靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現小型化和集成化,其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產的SH1100型濕敏電容為例,其量測范圍是(1%~99%)RH,在55%RH時的電容量為180pF(典型值)。當相對濕度從0變化到100%時,電容量的變化范圍是163pF~202pF。溫度系數為0.04pF/℃,濕度滯后量為±1.5%,響應時間為5s。
除電阻式、電容式濕敏元件之外,還有電解質離子型濕敏元件、重量型濕敏元件(利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率)、光強型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差,在檢測環境濕度時,濕敏元件要長期暴露在待測環境中,很容易被污染而影響其量測精度及長期穩定性。
2 集成濕度傳感器的性能特點及產品分類
目前,國外生產集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型),Humirel公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型),Sensiron公司(SHT11、SHT15型)。這些產品可分成以下三種類型:
2.1 線性電壓輸出式集成濕度傳感器
典型產品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點是采用恒壓供電,內置放大電路,能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號,響應速度快,重復性好,抗污染能力強。
2.2 線性頻率輸出集成濕度傳感器
典型產品為HF3223型。它采用模塊式結構,屬于頻率輸出式集成濕度傳感器,在55%RH時的輸出頻率為8750Hz(型值),當上對濕度從10%變化到95%時,輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數字電路或單片機、價格低等優點。
2.3 頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器
典型產品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外,還增加了溫度信號輸出端,利用負溫度系數(NTC)熱敏電阻作為
溫度傳感器
。當環境溫度變化時,其電阻值也相應改變并且從NTC端引出,配上二次儀表即可量測出溫度值。
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